Florin Constantin de l'équipe PMI est co-auteur d'un article publié dans Nature.
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Le Modèle Standard prédit et décrit correctement nombre de phénomènes dans le plupart des domaines de la physique mais il ne prend en compte qu’une petite partie de la structure actuelle de notre Univers. La comparaison des prédictions théoriques avec les résultats expérimentaux permet de tester la validité du Modèle Standard et d’en déduire les valeurs des constantes fondamentales, paramètres qui ne sont pas prédits par la théorie.
Une comparaison a été effectuée dans le cadre d’une collaboration entre les membres de l’équipe Physique Moléculaire aux Interfaces du PhLAM, de l’Institute for Experimental Physics de Heinrich-Heine-Universität (Düsseldorf, Allemagne) et de Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics du Joint Institute for Nuclear Research (Dubna, Russie). Les travaux publiés récemment dans Nature exploitent les outils de la physique et spectroscopie moléculaires pour l’ion HD+, le système quantique le plus simple formé de trois particules différentes liées par les forces d’interaction électrostatiques. La fréquence de rotation la plus basse de HD+, située dans le domaine spectral Terahertz, a été mesurée avec une précision record atteignant onze digits significatifs, en mettant en oeuvre des approches relevantes pour le domaine des technologies quantiques, comme le piégeage des ions et le refroidissement laser d’atomes et molécules. La rotation de HD+ est décrite par l’électrodynamique quantique, une théorie développée à partir des années 1940. Les progrès effectués pendant les derniers vingt années en calculs ab-initio pour l’ion HD+ ont permis d’atteindre la précision suffisante pour prédire la fréquence de rotation. Cependant, les prédictions théoriques dépendent des valeurs des constantes fondamentales, établies à partir des théories actuelles avec différents niveaux de précision par le CODATA (Committee on Data for Science and Technology).
Les résultats démontrent l’accord entre la prédiction de la théorie quantique à trois corps et les mesures expérimentales à un niveau inégalé auparavant qui est limité par les incertitudes des constantes fondamentales recommandées par le CODATA. Des combinaisons de constantes fondamentales ont été déterminées en accord mais avec une meilleure précision que les valeurs CODATA. En outre, la contrainte sur l’effet d’une cinquième force hypothétique entre le proton et le deutéron a été améliorée de 20 fois. Des phénomènes physiques au-delà du Modèle Standard, s’ils existent, restent non identifiés au laboratoire !
Publication:
S. Alighanbari, GS Giri, FL Constantin, VI Korobov & S. Schiller, Precise test of quantum electrodynamics and determination of fundamental constants with HD+ ions, NATURE (2020)
DOI: 10.1038 / s41586-020-2261-5
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2261-5
Contact:
Florin Lucian Constantin, Chargé de Recherche CNRS
florin.constantinuniv-lille.fr
FIGURE : Les ions HD+, les systèmes quantiques liés les plus simples formés avec trois particules différentes (proton, deutéron, électron). Les interactions subtiles des spins de ces particules séparent la transition rotationnelle fondamentale en souscomposantes Zeeman. Les fréquences précises du spectre présenté en bas de la figure sont utilisées pour tester l’électrodynamique quantique et pour déterminer des combinaisons de constantes fondamentales.